CN208796137U

CN208796137U - 一种电压反馈控制电流输出的电路及其电池充电电路

Info

Publication number: CN208796137U
Application number: CN201821127486.5U
Authority: CN
Inventors: 张海波; 王少虹
Original assignee: SHENZHEN HOTCHIP TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Weiming Huaxin Semiconductor Co., Ltd
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2019-04-26
Anticipated expiration: 2028-07-17

Abstract

一种电压反馈控制电流输出的电路，包括用来向外部的充电电池输出电流的镜像电流源组件、控制所述镜像电流源组件输出电流大小的电压反馈控制组件和第二电阻。镜像电流源组件的电流输出端和充电电池的正极电连接。电压反馈控制组件中的跨导运算放大器的正向输入端和镜像电流源组件的电流输出端电连接获取所述检测电压信号；跨导运算放大器的负向输入端输入预设值；跨导运算放大器的输出端和镜像电流源组件的控制信号输入端电连接，输出第一控制信号到镜像电流源组件。当检测电压信号高于预设值时，该电路会降低输出给充电电池的充电电流，从而降低由于线缆电阻引起的电池充电电压偏差，提高了充电电压检测精度和充电电流精度。

Description

一种电压反馈控制电流输出的电路及其电池充电电路

技术领域

本实用新型涉及电池充电电路的技术领域，具体涉及一种利用电压反馈来控制充电电流大小，从而降低线阻引起充电电压偏差的电路。

背景技术

锂离子电池是便携式电子产品中使用最广泛的电源，对充电电流和浮充电压的精度要求越来越高。现有技术中，很多充电器检测到电池的充电电压达到预设值时会关闭充电器，在此情况下，由于充电线缆具有一定的线阻，引起检测电压不准确，充电电流比较大的时候这些偏差会更大，因此会造成检测到的电池电压和实际电池电压的偏差，导致实际电池电压还没有达到预设值时充电器就被关闭。

如附图1所示为普通的充电电路，其中Re代表线阻，Battery为充电电池，运算放大器和场效应管组成了电池的电压检测电路。检测到的电池电压信号作为运算放大器的正向输入信号，与参考电压Vref进行比较，当检测到的电压小于参考电压Vref值时，用来作为开关的场效应管保持导通，电源VCC继续为充电电池Battery充电；当检测到的电压达到了参考电压Vref值时，场效应管截止，停止充电。然而，由于线阻Re的存在，检测到的电池电压高于实际的电池电压，导致电池的实际电压并没有达到额定电压时就停止充电，电池没有完全充满，利用率降低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于避免上述技术方案的不足，而提出了一种利用电压反馈来控制充电电流输出的电路。

本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案是一种电压反馈控制电流输出的电路，包括用来向外部输出电流的镜像电流源组件、控制所述镜像电流源组件输出电流大小的电压反馈控制组件和第二电阻R2；所述电压反馈控制组件包括将检测电压信号和预设值进行对比获得第一控制信号并用于控制镜像电流源组件输出电流大小的跨导运算放大器GM；所述镜像电流源组件的电流输出端向外部输出电流；跨导运算放大器GM的正向输入端和所述镜像电流源组件的电流输出端电连接获取所述检测电压信号；跨导运算放大器GM的负向输入端输入预设值；所述跨导运算放大器GM的输出端和第二电阻R2的一端以及镜像电流源组件的控制信号输入端电连接，输出第一控制信号到镜像电流源组件；所述第二电阻R2的另一端接地。

进一步地，所述镜像电流源组件的控制信号输入端包括第一控制信号输入端；所述镜像电流源组件包括镜像管P1和功率管P2；所述镜像管P1的源极接电源，漏极作为所述镜像电流源组件的第一控制信号输入端和所述跨导运算放大器GM的输出端以及所述第二电阻R2的一端电连接；所述功率管P2的源极接电源，漏极作为所述电流输出端向外部输出电流；所述功率管P2的漏极还和所述跨导运算放大器GM的正向输入端电连接；所述镜像管P1和功率管P2的栅极相连。

进一步地，所述镜像电流源组件的控制信号输入端包括第一控制信号输入端；所述镜像电流源组件包括镜像管P1和功率管P2，和调节所述镜像管P1和功率管P2的漏极电压的第二运算放大器和检测输出管P3；所述镜像管P1的源极接电源，漏极和所述检测输出管P3的源极以及第二运算放大器的第一输入端电连接；所述功率管P2的源极接电源，漏极作为所述电流输出端向外部输出电流，所述功率管P2的漏极还和所述第二运算放大器的第二输入端以及所述跨导运算放大器GM的正向输入端电连接；所述镜像管P1的栅极和功率管P2的栅极相连；所述检测输出管P3的源极和所述镜像管P1的漏极以及所述第二运算放大器的第一输入端电连接，所述检测输出管P3的栅极和所述第二运算放大器的输出端电连接，所述检测输出管P3的漏极和所述跨导运算放大器GM的输出端以及所述第二电阻R2的一端电连接；

所述第二运算放大器的第一输入端和所述镜像管P1的漏极以及检测输出管P3的源极电连接，所述第二运算放大器的第二输入端和所述功率管P2的漏极以及所述跨导运算放大器GM的正向输入端电连接，所述第二运算放大器的输出端和所述检测输出管P3的栅极电连接。

进一步地，所述镜像电流源组件的控制信号输入端还包括第二控制信号输入端；所述镜像管P1和功率管P2的栅极作为所述镜像电流源组件的第二控制信号输入端；所述电压反馈控制电流输出的电路还包括将所述第一控制信号和基准电压进行对比获得第二控制信号并用于控制镜像电流源组件输出电流的第一运算放大器；所述第一运算放大器的第一输入端输入基准电压；所述第一运算放大器的第二输入端和所述跨导运算放大器GM的输出端、所述第二电阻R2的一端以及所述镜像电流源组件的第一控制信号输入端电连接；所述第一运算放大器的输出端和所述镜像电流源组件的第二控制信号输入端电连接，输出第二控制信号到所述镜像电流源组件。

进一步地，还包括用于滤除电源杂波的电容C；所述电容C的一端接电源、所述镜像管P1的源极和所述功率管P2的源极，所述电容C的另一端接地。

进一步地，所述电压反馈控制组件还包括用于防止电流倒流的二极管D1和用于限制跨导运算放大器GM输出电流的第一电阻R1；所述二极管D1的正极和所述跨导运算放大器GM的输出端电连接，所述二极管D1的负极和所述第一电阻R1的一端电连接；所述第一电阻R1的一端和所述二极管D1的负极电连接，另一端和所述第二电阻R2电连接。

进一步地，所述镜像管P1和所述功率管P2包括P型MOS管和PNP三极管。

进一步地，所述镜像管P1、所述功率管P2和所述检测输出管P3包括P型MOS管和PNP三极管。

本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案还可以是一种电池充电电路，包含上述电压反馈控制电流输出的电路。

同现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：1、降低了线阻引起的电池充电电压检测偏差；2、提高了电池充电效率；3、提高了电池充电电流的精度和浮充电压的精度。

附图说明

图1是一种普通充电电路的结构示意图；

图2是本实用新型一种电压反馈控制电流输出的电路优选实施例一的结构示意图；

图3是本实用新型一种电压反馈控制电流输出的电路优选实施例二的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施方式做进一步详述。

如附图2所示，图中的两个虚线框是本实用新型的两大组件，即电压反馈控制组件和镜像电流源组件。Re代表线阻，Battery代表充电电池。镜像电流源组件将电源VCC和充电电池连接起来，主要用来为充电电池提供充电电流；镜像电流源组件具有两个控制信号输入端口，分别是第一控制信号输入端和第二控制信号输入端，从这两个端口接收来自于电压反馈控制组件的第一控制信号U_ctr1和来自第一运算放大器EA1的第二控制信号U_ctr2，从而控制镜像电流源组件的输出电流；镜像电流源组件通过电流输出端和充电电池正极电连接。电压反馈控制组件包括跨导运算放大器GM。跨导运算放大器GM的正向输入端和充电电池的正极以及镜像电流源组件的电流输出端电连接；跨导运算放大器GM的负向输入端输入预设值Vref2；跨导运算放大器GM的输出端和第二电阻R2的一端以及镜像电流源组件的第一控制信号输入端电连接；第二电阻R2的另一端接地。

如附图2所示，本实用新型的电压反馈控制组件还包括第一电阻R1和二极管D1。二极管D1的正极和跨导运算放大器GM的输出端电连接，用以防止电流倒流进跨导运算放大器GM的输出端；第一电阻R1的一端和二极管D1的负极电连接，另一端和第二电阻R2的一端以及镜像电流源组件的第一控制信号输入端电连接。第一电阻R1用于限制跨导运算放大器GM的输出电流。

本实用新型中的镜像电流源组件具有两种不同的具体实施例，实施例一如附图2所示，包括镜像管P1和功率管P2。镜像管P1的源极接电源VCC，漏极作为镜像电流源组件的第一控制信号输入端接收来自电压反馈控制组件的第一控制信号U_ctr1。功率管P2的源极接电源VCC，漏极作为镜像电流源组件的电流输出端输出电流I_D2到充电电池的正极。镜像管P1和功率管P2的栅极相连。本电路还包括用于输出第二控制信号U_ctr2到所述镜像电流源组件的第一运算放大器EA1。第一运算放大器EA1的第一输入端输入基准电压Vref1；第一运算放大器EA1的第二输入端和跨导运算放大器GM的输出端、第二电阻R2的一端以及镜像电流源组件的第一控制信号输入端电连接；第一运算放大器EA1的输出端和镜像管P1和功率管P2的栅极电连接。

由于线阻Re的存在，检测到的电池电压U_detect并不是真正的电池电压U_bat。U_detect作为检测电压信号输入到跨导运算放大器GM的正向输入端与预设值Vref2进行比较，当U_detect≤Vref2时，跨导运算放大器GM不工作。此时，第一运算放大器EA1的输出端输出的第二控制信号U_ctr2由基准电压Vref1和第二电阻R2设定，并用来控制镜像电流源组件输出正常的充电电流给充电电池Battery。当U_detect>Vref2时，跨导运算放大器GM输出电流I₂，抬高第二电阻R2的电压，即第一控制信号U_ctr1。此时，流过R1的电流I₂保持不变，随着流过R2电流的增大，镜像管P1的漏极电流I_D1减小，同时功率管P2的漏极电流I_D2也随着I_D1减小，即镜像电流源组件的输出电流减小，电池的充电电流I_bat也减小。

如附图2所示的由镜像电流源组件的实施例一、电压反馈控制组件和第一运算放大器EA1组成的电压反馈控制电流输出的电路的有益效果在于，由于充电电流I_bat的减小，线阻Re对于电池检测电压的影响也会减小，从而提高了电池电压的检测精度，进一步地，提高了浮充电压的精度。

下面具体说明附图2所示电压反馈控制电流输出的电路工作原理。在附图2中，I_bat为充电电流；功率管P2与镜像管P1的面积比为K；流过R1的电流为I₂，镜像管P1的漏极电流为I_D1，功率管P2的漏极电流为I_D2，I_bat=I_D2。

当U_detect≤Vref2时，跨导运算放大器GM不工作，I₂=0，镜像电流源处于恒流模式，充电电池Battery的充电电流为：

由于线阻Re的存在，检测到的电池电压U_detect和实际的电池电压U_bat之间存在偏差∆U：

因此充电电流I_bat越大，检测到的电池电压偏差越大。当U_detect>Vref2时，跨导运算放大器GM开始工作，输出电流I₂。

其中，GM为跨导运算放大器的跨导。此时，镜像管P1的漏极电流I_D1为：

检测到的电池电压偏差∆U为：

随着电池电压的增大，I₂增大，I_D1减小，充电电流I_bat减小，因此由于线阻Re造成的电压偏差也减小。

基准电压Vref1由预先设定的恒流电流I_batset设定，

预设值Vref2由浮充电压V_batf和关断电流I_shut设定，

如附图3所示，本实用新型中的镜像电流源组件还具有实施例二。本实施例二与实施例一相比增加了第二运算放大器EA2和检测输出管P3。检测输出管P3的源极接镜像管P1的漏极和第二运算放大器EA2的第一输入端，检测输出管P3的栅极接第二运算放大器EA2的输出端，检测输出管P3的漏极接第一运算放大器EA1的第二输入端、第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端；第二运算放大器EA2的第一输入端接镜像管P1的漏极和检测输出管P3的源极，第二运算放大器EA2的第一输入端接检测输出管P3的源极和镜像管P1的漏极，第二运算放大器EA2的第二输入端接功率管P2的漏极、充电电池Battery的正极和跨导运算放大器GM的正向输入端，第二运算放大器EA2的输出端接检测输出管P3的栅极。此时，检测输出管P3的漏极作为镜像电流源组件的第一控制信号接收端。第二运算放大器EA2的两个信号输入端输入的信号分别是镜像管P1的漏极电压和功率管P2的漏极电压。第二运算放大器EA2根据电池电压，即功率管P2的漏极电压，通过检测输出管P3控制镜像管P1的漏极电压，使镜像管P1的漏极电压跟随功率管P2的漏极电压，从而减少由于镜像管P1和功率管P2源漏间电压不相等而引起的输出电流误差。

如附图3所示的由镜像电流源组件的实施例二、电压反馈控制组件和第一运算放大器EA1组成的电压反馈控制电流输出的电路的有益效果在于，减少了附图2所示实施例一中由于镜像管P1和功率管P2的源极和漏极电压不等而引起的输出电流偏差，提高了输出电流的精度。

本实用新型的技术方案在检测电池的充电电压的同时，又可控制镜像电流源组件的输出电流。一方面，当检测电压信号U_detect达到预设值Vref2后使充电电流逐渐减小，从而减小由于线缆电阻引起的偏差，另一方面，使镜像电流源组件的输出电流平缓变化，不会因为电流过大而烧毁芯片或使电池过热而引发危险。

实施例一和实施例二中的镜像管P1、所述功率管P2和所述检测输出管P3包括P型MOS管和PNP三极管。

此外，本实用新型的电路还包括用于滤除电源杂波的电容C。该电容C的一端接电源、镜像管P1的源极和功率管P2的源极，另一端接地。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种电压反馈控制电流输出的电路，其特征在于：

包括用来向外部输出电流的镜像电流源组件、控制所述镜像电流源组件输出电流大小的电压反馈控制组件和第二电阻R2；

所述电压反馈控制组件包括将检测电压信号U_detect和预设值（Vref2）进行对比获得第一控制信号U_ctr1并用于控制镜像电流源组件输出电流大小的跨导运算放大器GM；

所述镜像电流源组件的电流输出端向外部输出电流；跨导运算放大器GM的正向输入端和所述镜像电流源组件的电流输出端电连接获取所述检测电压信号U_detect；跨导运算放大器GM的负向输入端输入预设值（Vref2）；

所述跨导运算放大器GM的输出端和第二电阻R2的一端以及镜像电流源组件的控制信号输入端电连接，输出第一控制信号U_ctr1到镜像电流源组件；所述第二电阻R2的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述镜像电流源组件的控制信号输入端包括第一控制信号输入端；

所述镜像电流源组件包括镜像管P1和功率管P2；所述镜像管P1的源极接电源，漏极作为所述镜像电流源组件的第一控制信号输入端和所述跨导运算放大器GM的输出端以及所述第二电阻R2的一端电连接；所述功率管P2的源极接电源，漏极作为所述电流输出端向外部输出电流；所述功率管P2的漏极还和所述跨导运算放大器GM的正向输入端电连接；所述镜像管P1和功率管P2的栅极相连。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述镜像电流源组件包括镜像管P1和功率管P2，和调节所述镜像管P1和功率管P2的漏极电压的第二运算放大器（EA2）和检测输出管P3；

所述镜像管P1的源极接电源，漏极和所述检测输出管P3的源极以及第二运算放大器（EA2）的第一输入端电连接；所述功率管P2的源极接电源，漏极作为所述电流输出端向外部输出电流，所述功率管P2的漏极还和所述第二运算放大器（EA2）的第二输入端以及所述跨导运算放大器GM的正向输入端电连接；所述镜像管P1的栅极和功率管P2的栅极相连；所述检测输出管P3的源极和所述镜像管P1的漏极以及所述第二运算放大器（EA2）的第一输入端电连接，所述检测输出管P3的栅极和所述第二运算放大器（EA2）的输出端电连接，所述检测输出管P3的漏极和所述跨导运算放大器GM的输出端以及所述第二电阻R2的一端电连接；

所述第二运算放大器（EA2）的第一输入端和所述镜像管P1的漏极以及检测输出管P3的源极电连接，所述第二运算放大器（EA2）的第二输入端和所述功率管P2的漏极以及所述跨导运算放大器GM的正向输入端电连接，所述第二运算放大器（EA2）的输出端和所述检测输出管P3的栅极电连接。

4.根据权利要求2或3中的任意一项权利要求所述的电路，其特征在于：

所述镜像电流源组件的控制信号输入端还包括第二控制信号输入端；所述镜像管P1和功率管P2的栅极作为所述镜像电流源组件的第二控制信号输入端；

所述电压反馈控制电流输出的电路还包括将所述第一控制信号U_ctr1和基准电压（Vref1）进行对比获得第二控制信号U_ctr2并用于控制镜像电流源组件输出电流的第一运算放大器（EA1）；所述第一运算放大器（EA1）的第一输入端输入基准电压（Vref1）；所述第一运算放大器（EA1）的第二输入端和所述跨导运算放大器GM的输出端、所述第二电阻R2的一端以及所述镜像电流源组件的第一控制信号输入端电连接；所述第一运算放大器（EA1）的输出端和所述镜像电流源组件的第二控制信号输入端电连接，输出第二控制信号U_ctr2到所述镜像电流源组件。

5.根据权利要求2或3中的任意一项权利要求所述的电路，其特征在于：

还包括用于滤除电源杂波的电容C；

所述电容C的一端接电源、所述镜像管P1的源极和所述功率管P2的源极，所述电容C的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述电压反馈控制组件还包括用于防止电流倒流的二极管D1和用于限制跨导运算放大器GM输出电流的第一电阻R1；

所述二极管D1的正极和所述跨导运算放大器GM的输出端电连接，所述二极管D1的负极和所述第一电阻R1的一端电连接；

所述第一电阻R1的一端和所述二极管D1的负极电连接，另一端和所述第二电阻R2电连接。

7.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：

所述镜像管P1和所述功率管P2包括P型MOS管和PNP三极管。

8.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：

所述镜像管P1、所述功率管P2和所述检测输出管P3包括P型MOS管和PNP三极管。

9.一种电池充电电路，其特征在于：包含所述权利要求1至8中任意一项所述的电压反馈控制电流输出的电路。